ACIO_Motores Elétricos
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http://www.avevacom/
MOTORES CORRENTECONTÍNUA
Acionamentos
Eletrônicos
1
Um motor é uma máquina que converte energia elétrica em energia
mecânica de rotação. Os motores são os responsáveis pelo
funcionamento das máquinas de lavar, das secadoras de roupa, dos
ventiladores, dos condicionadores de ar e da maioria das máquinas
encontradas nas indústrias.
O gerador, por sua vez, é uma máquina que converte energia
mecânica de rotação em energia elétrica. A energia mecânica pode ser
fornecida por uma queda-d’água, vapor, vento, gasolina, óleo diesel ou por
um motor elétrico.
MOTORES CC
MOTORES E GERADORES
O gerador CC mais simples é composto por um enrolamento de armadura
contendo uma única espira que é interceptada pelo campo magnético
gerado.
Com o movimento de rotação da espira ocorre a variação do fluxo
magnético e em decorrência dessa variação surge uma f.e.m.
(Lei da Indução Magnética).
MOTORES CC
GERADOR CC
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MOTORES CC
MOTORES E GERADORES
Baseia-se no princípio de reação de um condutor, inserido em um campo
magnético fixo, percorrido por uma corrente elétrica.
A interação entre esse campo e o campo produzido pela corrente, a qual
circula no condutor, provoca o surgimento de uma força, a qual expulsa o
condutor para fora do campo magnético fixo.
MOTORES CC
FUNCIONAMENTO MOTOR CC
MOTORES CC
FUNCIONAMENTO MOTOR CC
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Sob ação da força do campo o rotor movimentasse até a posição XY, quando
ocorre a confrontação do campo magnético na espira (rotor) em relação
ao campo produzido pelos pólos, sendo a força resultante nula, o que
encerraria o movimento.
MOTORES CC
FUNCIONAMENTO MOTOR CC
N NS SS S
I
Força
Força
NN
X
Y
N NS SS S
I
Força
Força
NN
X
Y
Torna-se então, necessário a inversão da corrente na espira para que
tenhamos um movimento contínuo. Este problema é resolvido pelo
comutador forçando a inversão da corrente no rotor a cada vez que os
campos se defrontam.
MOTORES CC
FUNCIONAMENTO MOTOR CC
MOTORES CC
COMUTADOR
-
+
+
-
-
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MOTORES CC
FUNCIONAMENTO
MOTORES CC
FUNCIONAMENTO
MOTORES CC
COMPONENTES MÁQUINA CC
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MOTORES CC
COMPONENTES MÁQUINA CC
É a estrutura suporte do conjunto, também tem a finalidade de conduzir o
fluxo magnético, que é gerado pelos pólos de excitação.
MOTORES CC
CARCAÇA
• Parte fixa do motor, que pode conter um ou mais enrolamentos por polo,
todos prontos para receber corrente contínua e produzir um campo
magnético fixo;
• O enrolamento no estator é chamado de enrolamento de campo;
• Cada enrolamento por polo no estator pode conter um enrolamento de
campo paralero (shunt), e o seu interior um enrolamento de campo série;
• Constituído de umas poucas espiras de fio grosso para o campo-série ou
muitas espiras de fio fino para o campo-shunt (em derivação).
MOTORES CC
ESTATOR
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MOTORES CC
ESTATOR
Vista explodida de um motor CC
Fonte: http://www.ted-kyte.com/3D/Pictures
Estator
Porta-escovas e
escova
Rotor
Comutador e pólos
de comutação
Carcaça
Eixo
Pólos de excitação: tem a função de gerar o fluxo magnético,
constituídos de condutores enrolados sobre chapas de aço laminadas cujo
formato se ajusta a armadura e são denominadas de sapatas polares;
Pólos de comutação: são percorridos pela corrente de armadura, com a
finalidade de compensar o efeito de reação da região de comutação,
reduzindo o centelhamento;
MOTORES CC
PÓLOS
Parte do motor que fornece o fluxo magnético necessário para criar o
torque. Têm a finalidade de gerar o fluxo magnético. São constituídos de
condutores enrolados sobre núcleos de chapas de aço laminadas cujas
extremidades possuem um formato que se ajusta a armadura e são
chamadas de sapatas polares.
MOTORES CC
PÓLOS DE EXCITAÇÃO
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As correntes que fluem no enrolamento da armadura criam forças cujos
fluxos magnéticos se opõem à ação do campo principal, alterando e
produzindo centelhas nas escovas.
Para evitar esta ação indesejável da armadura são utilizados interpólos ou
pólos comutadores, que são bobinas de poucas espiras de fio grosso,
enroladas com núcleos laminados estreitos dispostos entre os pólos
principais da máquina que são ligados em série com a armadura.
MOTORES CC
PÓLOS DE COMUTAÇÃO
É um enrolamento distribuído na periferia da sapata polar e percorrido pela corrente
de armadura. Sua finalidade é também compensar a reação de armadura, mas agora
em toda a periferia do rotor, e não somente na região transversal. Evita o
aparecimento de faíscas provocadas por uma diferença de potencial entre as espiras
devido a distribuição não uniforme da indução no entreferro.
MOTORES CC
PÓLOS DE COMPENSAÇÃO
MOTORES CC
PÓLOS
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MOTORES CC
ESTATOR
Parte do motor que conduz a corrente e interage com o fluxo de campo para
criar torque;
MOTORES CC
ARMADURA
Conversor mecânico que transfere energia ao enrolamento do motor, fabricado por
lâminas isoladas de cobre;
Garante que o sentido da corrente que circula nas bobinas da armadura seja
sempre o mesmo, garantindo repulsão contínua entre os campos do estator e do
rotor, o que mantém o motor girando;
MOTORES CC
COMUTADOR
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Parte que está em contato com as escovas. A corrente é distribuída
apropriadamente nas bobinas da armadura por meio das escovas e comutador. É o
conversor mecânico que transfere a energia ao enrolamento do rotor. O comutadoré constituído de lâminas de cobre isoladas uma das outras por meio de lâminas de
mica.
MOTORES CC
COMUTADOR
MOTORES CC
COMUTADOR
MOTORES CC
COMUTADOR
-
+
+
-
-
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Fabricadas de liga de carbono (material condutor);
Trabalham em constante atrito (deslizando) pelo comutador no movimento de
rotação; Responsáveis pelo contato elétrico da parte fixa do motor com a parte girante;
Parte do circuito através do qual a corrente elétrica é alimentada para a armadura
através da fonte de alimentação. Escovas são feitas de grafite ou metais preciosos.
MOTORES CC
ESCOVAS
Os condutores do induzido interceptam o fluxo do indutor em decorrência
do movimento de rotação.
Pelo princípio de Faraday é gerada nos condutores uma f.e.m. induzida
com o sentido oposto à tensão aplicada no motor (Lei de Lenz). Por se
opor à tensão aplicada ao motor, a tensão induzida nos condutores é
chamada de força contra-eletromotriz (f.c.e.m.).
MOTORES CC
FORÇA CONTRA-ELETROMOTRIZ
As bobinas do campo produzem um campo magnético no estator cujas as
linhas cortam a armadura. Se houver uma força eletromotriz na armadura
(FEM), ela gira e suas bobinas atravessam constantemente as linhas de
campo do estator, criando na armadura a força contra-eleromotriz (FCEM);
Se aplicarmos mais FEM, a corrente e a velocidade aumentam. Se
diminuirmos a FCEM, a velocidade do motor também aumenta;
A velocidade do motor CC está relacionada a FEM aplicada na
armadura e com a FCEM gerada pela armadura no campo magnético
do estator cortando a armadura;
MOTORES CC
FORÇA CONTRA-ELETROMOTRIZ
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Numa bobina retangular formada por uma única espira paralela a um campo
magnético, o sentido da corrente no condutor da esquerda é para fora do
papel, enquanto no condutor do lado direito é para dentro do papel.
Portanto, o condutor da esquerda tende a se deslocar para cima com uma
força F1, e o condutor do lado direito tende a se deslocar para baixo com
uma força igual F2. As duas forças agem de modo a produzir um torque que
faz a bobina girar no sentido horário.
MOTORES CC
SENTIDO DE ROTAÇÃO DA ARMADURA
MOTORES CC
SENTIDO DE ROTAÇÃO DA ARMADURA
MOTORES CC
SENTIDO DE ROTAÇÃO DA ARMADURA
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As características potência, torque e velocidade em motores
CC, estão relacionadas na forma como estão conectados seu
enrolamento de campo e armadura. As conexões básicas de uma
máquina CC são:
Série;
Paralelo;
Independente;
MOTORES CC
TIPOS DE EXCITAÇÃO
Terminais 1 e 2 ligados à escovas e em contato com o comutador. Enrolamento do
shunt possui a numeração 5 e 6, e enrolamento em série 3 e 4.
Enrolamento do shunt é formado por muitas espiras de fio de menor seção, enquanto
enrolamento série é formado por poucas espiras de um fio de seção maior.
MOTORES CC
TIPOS DE EXCITAÇÃO
O enrolamento de campo é conectado em série ao enrolamento de armadura.
Para ajuste da velocidade varia-se a tensão de armadura do motor, a característica
desse tipo de ligação é o alto torque de partida que a máquina adquire, mas
esse torque diminui à medida que a velocidade de rotação aumenta. Ideal para
trabalhar com cargas pesadas, como talhas e guindastes.
MOTORES CC
EXCITAÇÃO SÉRIE
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Nessa ligação o enrolamento de campo está em paralelo com a armadura. O
enrolamento nesses casos é constituído de fio muito fino com muitas espiras e por
consequência tem muita resistência elétrica, pois deverá suportar toda a forçaeletromotriz gerada quando se tratar de um gerador, ou então toda a força-
eletromotriz da rede de alimentação no caso de ser um motor.
MOTORES CC
EXCITAÇÃO PARALELO
Quando se necessita de um motor com características intermediárias entre os
dois tipos de excitação (independente e série) utiliza-se essa excitação, também
denominada de mista. O motor possui dois enrolamentos, um em série e outro em
paralelo.
A parte em série do enrolamento de campo pode auxiliar (composto cumulativo) ou se
opor (composto diferencial) à parte paralela do enrolamento de campo. Estes motores
possuem maior conjugado de partida que o motor paralelo devido a série do campo.
MOTORES CC
EXCITAÇÃO COMPOSTA
Enrolamento de campo e armadura são conectados de forma separadas, cada
um a uma fonte de tensão CC independente uma da outra. O ajuste de
velocidade pode ser realizado variando-se ou a tensão de armadura ou a tensão
de campo.
MOTORES CC
EXCITAÇÃO INDEPENDENTE
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Motor de Imã Permanente:
De pequena potência, sendo utilizado na fabricação de brinquedos.
Motor de Campo Série:
Possuem alto torque, sendo utilizado em guindastes e elevadores.
Motor de Campo Paralelo:
Utilizado em máquina de retíficas e tornos CNC, operando com velocidade constante e
precisão.
Motor de Excitação Independente:
Configuração permite total controle de velocidade e torque constante, para qualquer
valor de carga. Utilizados em extrusoras, laminadoras, etc.
Motor Composto: Apresentam características comuns as duas ligações.
MOTORES CC
EXCITAÇÃO INDEPENDENTE
MOTORES CC
SENTIDO DE ROTAÇÃO
A1 F1 F2 B2
(A2)
(B1)
M
+ + - -
A1 B2 F1 F2
HOR + - + -
ANT-HOR - + + -
HOR - + - +
ANT-HOR + - - +
Quando o eixo de uma máquina de corrente contínua (com campo energizado) é
acionado, o fluxo magnético irá induzir na armadura um força eletromotriz (f.e.m).
Então a máquina CC passa a converter a energia mecânica aplicada a seu eixo em
energia elétrica e a fornece (nos terminais de armadura) , para carregamento de
baterias, fornecimento de energia para outra máquina CC ou devolução de energia a
rede (regeneração).
Em suma, todas as características analisadas para motor são válidas para máquina
operando como gerador. Adotando rotação e torque no sentido horário como
positivos, e no sentido anti-horários como negativos, podemos definir os quatro
quadrantes de operação:
MOTORES CC
OPERAÇÃO MÁQUINAS CC
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MOTORES CC
OPERAÇÃO MÁQUINAS CC
Sentido de
Rotação
Conjugado Tipode
Operação
Quadrante
Horário Horário Motor I
Horário Anti-horário Gerador II
Anti-horário Anti-horário Motor III
Anti-horário Horário Gerador IV